Лабораторна робота № 8
СПОСТЕРЕЖЕННЯ інтерференційної ЛІНІЙ РІВНОГО НАХИЛУ І ВИЗНАЧЕННЯ ПОРЯДКУ ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ
Мета роботи: спостереження інтерференційних ліній рівного Накло-на і визначення порядку інтерференції за допомогою оптичного квантового генератора.
Устаткування: оптичний квантовий генератор-лазер, плоскопарал-лельно скляний диск, мікроскопічний об'єктив, екран.
Теорія методу і опис установки
У даній роботі, використовуючи високу ступінь монохроматично-сти випромінювання лазера, можна здійснити спостереження інтерференційних ліній рівного нахилу при великій різниці ходу і визна-лити відповідний їм порядок інтерференції.
Для спостереження картини інтерференційних смуг рівного на-клона використовується світловий пучок з великою кутовий апертурою, що висвітлює плоскопараллельний шар прозорої речовини. Прин-ціпіальная схема досвіду показана на рис. 1 Мікроскопічний об'єктив Про збирає паралельний світловий пучок лазера в своєму фокусі F. розходиться з фокусу F світловий конус досягає плоскопараллельного скляного диска D. Відображені від передньої і задньої поверхні диска світлові пучки дають інтерференційну картину концентричних кілець на екрані Е.
Інтерференційне умова мінімуму відбитого світла для кута падіння # 945; запишеться у вигляді
де h - товщина диска, n - показник заломлення скла, m -іскомий порядок інтерференції.
Мал. 1. Схема експериментальної установки. БП - блок живлення He-Ne лазера, ЧИ - лазерний випромінювач, Е - екран, П - товста скляна пластина.
Кут падіння світла на пластинку (диск) пов'язаний з кутом заломлення світла всередині пластини умовою
або, враховуючи трохи кутів і в умовах досвіду, соот-носінням
На досвіді можна виміряти радіуси rm декількох інтерференційної-них кілець на екрані Е і відстань L. від площини екрана, що проходить через фокус об'єктива F. до поверхні стеклян-ного диска D (рис. 2.8). тоді
і, знаючи n, можна знайти значення. # 946; m.
Після цього, застосувавши формулу (1) до кількох вимірах, можна, виключивши h. обчислити mvax. тобто максимальний порядок інтерференції. З огляду на малі значення кутів # 945; і # 946 ;. маємо
звідки, беручи до уваги, що
Істинне значення числа k будь-якого кільця одно k = k0 + kx. де kо-число неврахованих темних Інтерфом-ренціонних кілець між центром інтерференційної картини і ус-ловного нульовим кільцем. Тоді вираз (6) перепишеться так:
і # 945; 2 m виявляється лінійною функцією kx.
Графік залежності # 945; 2 від kx буде виглядати, як по-казано на рис. 2. З цього графіка можна знайти значення k0. екстраполюючи до осі абсцис пряму, задану рівнянням (4). Тоді буде чисельно дорівнює довжині відрізка ОА, вираженої в відповідному масштабі одиниць.
похідна від # 945; 2. взята з kx. дає можливість знайти mmax
Мал. 2. До визначення порядку інтерференції.
Порядок виконання роботи
1. Власник скляного диска встановіть вздовж оптичної осі так, щоб площина скляного диска розташувалася перпендикулярно до лазерного світловому пучку.
2. Увімкніть лазер. Включення лазера проводиться тільки черговим інженером або викладачем!
3. Отримайте на екрані систему концентричних світлих і темних інтерференційних кілець-ліній рівного нахилу.
4. Пронумеруете в журналі вимірювань номерами kx = О, I, 2. темні інтерференційні кільця, що підлягають вимірам. Нульовий номер приписується першому видимому на екрані темному інтерференційної кільцю.
5. За допомогою двох перпендикулярних шкал, нанесених на поверх-ності екрану. виміряйте діаметри темних кілець '
6. З середнього значення довжин двох діаметрів знайдіть середнє значення радіусів
7. Виміряйте відстань L від плоскоcті екрану до зовнішньої поверхні скляного диска.
8. Користуючись значеннями rm і L, знайдіть за формулою (2) значення кутів # 945; m для всіх виміряних кілець.
9. Розрахуйте значення # 945; m 2 для всіх виміряних кілець.
10. Значення кутів # 945; m. # 945; m 2 і kx занесіть в таблицю.
# 955; = 633нм, n = 1.51 Таблиця
11. Побудуйте графік залежності # 945; m 2 від kx При побудові
графіка виберіть масштаби по обох осях координат так,
щоб вийшла пряма становила приблизно кут
в 45 ° з осями координат.
12. За графіком побудованої експериментальної прямий, її екст-
раполяціей до осі абсцис знайдіть k0.
13. Розрахуйте максимальний порядок інтерференції за формулою
де d # 945; m 2 і d kx - кінцеві прирости величин, # 945; m 2 і kx знайдіть за графіком.
14.Найдіте справжнє значення порядків інтерференції всіх виміряних -інтерференціонних кілець за формулою.
Питання для самопідготовки:
1. Що таке інтерференція світла?
2. Отримайте інтерференційне умова мінімуму відбитого світла (формула (1)).
3. Запишіть і поясніть формулу для інтерференційних максимумів відбитого світла.
4. Що таке геометрична, оптична і ефективна різниця ходу хвиль?
5. З яких явищ слід, що при відображенні світла від оптично більш щільного середовища відбувається втрата напівхвилі?
6. Якими основними властивостями володіє лазерне випромінювання?
7. Чому при використанні лазерного випромінювання виконуються умови інтерференції світла?
1. Ландсберг Г. С. Оптика. - М. Наука, 1976. С. 120-125.
2. Савельєв І. В. Курс загальної фізики. - М. Наука, 1971. Т. 3. С. 90-99.
3. Фізичний практикум. Електрика і оптика / Под ред. В. А. Івероновой. - М. Наука. I968. С. 781-784.